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引言
聚氨酯泡沫是一种常见的高分子材料,具有较好的隔音、保温、吸震、抗压等性能,在建筑、交通、包装、家具等领域广泛应用。近年来,随着环保要求的提高,水性、亲水性或低挥发性聚氨酯泡沫得到了更多的关注和应用,其中亲水性聚氨酯泡沫因其优异的亲水性和可降解性尤其受到青睐。
本文将从化学发泡和物理发泡、海绵发泡、闭孔发泡、开孔发泡等方面详细对比亲水性聚氨酯泡沫的制备技术,并对其应用前景进行展望。
一、化学发泡和物理发泡 化学发泡是指通过向聚氨酯预聚体中加入发泡剂,在加热条件下产生气体反应使泡沫形成的过程。常用的发泡剂有水、有机酸类、碱性金属盐、有机遇酸类等。化学发泡的优点在于泡孔大小均匀、气孔闭合良好、结构稳定,适用于制备密封材料、夹层材料等;其缺点在于反应过程难以控制,难以实现定向发泡和多孔发泡,同时还存在发生二次发泡、发泡后沉降等问题。 物理发泡是指通过物理方法向聚氨酯中注入气体,在加热条件下使气体扩散而实现泡沫形成的过程。常用的气体有CO₂、N₂、空气等。物理发泡的优点在于泡孔大小可调、发泡控制方便,适用于制备开孔泡沫、海绵材料等;其缺点在于泡孔分布不均匀,持久性较差,易受温度、湿度等外界条件的影响,制备成本相对较高。 对于亲水性聚氨酯泡沫的制备,化学发泡和物理发泡两种方法均可采用。根据具体应用要求和制备条件的不同可以选择不同的发泡方式,以期获得最佳的性能和成本效益。
二、海绵发泡、闭孔发泡、开孔发泡 海绵发泡是指泡孔之间互相连通,形成网状结构,具有沉重感和吸音良好的材料。常用于汽车、家具、文具等领域。海绵发泡的优点在于体积稳定、柔性好、吸声性能好,缺点在于密度大、强度低。 闭孔发泡是指泡孔间不存在联系,表面光滑,较难被渗透。常用于密封材料、隔热材料等领域。闭孔发泡的优点在于密封良好、热稳定性、化学稳定性好,缺点在于吸声和吸震性能差。 开孔发泡是指泡孔大小不同,分布不均匀,在表面容易形成形态各异的孔洞,常用于过滤材料、轻量化材料等领域。开孔发泡的优点在于通透性好、轻便、可成型性强,缺点在于密度低、强度不够。 对于亲水性聚氨酯泡沫,其海绵发泡、闭孔发泡、开孔发泡等类型的材料均有应用前景。在现有技术条件下,也可以通过适当调整发泡剂、反应时间和温度等方式调控泡孔的形貌和大小,以满足不同领域的需求。
三、亲水性聚氨酯泡沫的制备工艺和性能研究 在制备亲水性聚氨酯泡沫的过程中,为了获得优异的亲水性能,需要使用特定的聚醚醇和聚异氰酸酯,同时加入适当的表面活性剂和交联剂等助剂。常用的聚醚醇包括聚醚聚酯、聚醚多元醇等,其分子结构中含有多个亲水基团,如醚基、羟基等,可以促进泡沫的水分散性和吸湿性。聚异氰酸酯是产生泡沫的主要材料,其分子结构中有两个功能基——异氰酸基和酯基,两者通过反应可以形成类似脲基的结构,进而与水或其他化合物发生反应产生气体中介体,最终形成泡沫结构。
在制备亲水性聚氨酯泡沫的过程中,表面活性剂起到降低表面张力、促进泡沫细胞的形成和稳定的作用。常用的表面活性剂包括非离子表面活性剂、环氧乙烷添加物、烷基苯磺酸钠等。
交联剂用来增加泡沫的强度和稳定性。常用的交联剂有四乙烯三胺、三异氰尿酸等。
亲水性聚氨酯泡沫的亲水性能主要取决于其化学结构和表面性质。按照相对亲水性的大小,亲水性聚氨酯泡沫可分为以下三类:
(1)低亲水性聚氨酯泡沫:主要由疏水基团构成,表面显现出疏水性。
(2)中亲水性聚氨酯泡沫:各种基团的数量和比例基本平衡,表面既有疏水性又有亲水性。
(3)高亲水性聚氨酯泡沫:主要由亲水基团组成,表面呈亲水性。 近年来,国内外学者对亲水性聚氨酯泡沫的制备工艺和性能研究逐渐加强。目前,亲水性聚氨酯泡沫已被广泛应用于制备细胞培养载体、过滤和吸附材料、医用敷料等领域,具有广泛的应用前景。
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